SAPO-34 分子篩改性聚丙烯復(fù)合材料性能研究

申韜藝 燕溪溪 劉 震 王 爽 黎晨欣蘇 晴 應(yīng)思斌 王利軍

(1. 上海第二工業(yè)大學(xué) 能源與材料學(xué)院,上海201209; 2. 寧波聚才新材料科技有限公司,浙江寧波315311; 3. 浙江新化化工股份有限公司,浙江杭州311600;4. 復(fù)旦大學(xué) 聚合物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200433)

0 引言

聚丙烯自1957 年問世以來,憑借其無毒無味易加工的優(yōu)異特性,現(xiàn)已飛速發(fā)展成為通用塑料中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的高分子材料, 廣泛應(yīng)用于工業(yè)建設(shè)與日常生活中,成為不可或缺的關(guān)鍵制造材料。聚丙烯[1]通常為乳白色聚合物,由丙烯單體聚合而成,其相對(duì)密度小,耐腐蝕,電氣絕緣性與機(jī)械性能好,具有較大的發(fā)展前景。然而,由于單純聚丙烯存在低溫性能較差、抗蠕變性能不足等缺點(diǎn)[2], 特定場(chǎng)景下機(jī)械力學(xué)性能不足[3],限制了聚丙烯在汽車零部件、電器殼體等高溫、高強(qiáng)度領(lǐng)域的發(fā)展。通過添加多種改性劑與增強(qiáng)劑[4],實(shí)現(xiàn)對(duì)聚丙烯結(jié)構(gòu)與性能的增強(qiáng), 制備得到的聚丙烯復(fù)合材料[5-6]將具有更加突出的應(yīng)用前景。未來的聚丙烯復(fù)合材料不僅將作為一種高分子塑料,更將成為一種高強(qiáng)度輕量化的結(jié)構(gòu)件大規(guī)模推廣[7]。因此針對(duì)聚丙烯的增強(qiáng)改性已成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

分子篩通常具有特殊的多孔結(jié)構(gòu)[8]、較大的比表面積[9]、較好的高溫穩(wěn)定性與一定的催化選擇性,理論上可作為一種性能出色的無機(jī)增強(qiáng)填充材料[10-11]。傳統(tǒng)高分子領(lǐng)域使用分子篩改性聚丙烯材料性能的研究較少,但隨著分子篩應(yīng)用范圍的不斷推廣,近年來應(yīng)用分子篩增強(qiáng)高分子材料結(jié)晶以及對(duì)聚丙烯材料進(jìn)行復(fù)合改性的研究也有報(bào)導(dǎo),并取得了部分研究成果。相關(guān)研究為利用分子篩增強(qiáng)聚丙烯綜合性能、拓寬分子篩應(yīng)用領(lǐng)域提供了理論依據(jù)與有效參考。黃湃等[12]利用MFI 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)納米尺寸多級(jí)孔分子篩負(fù)載催化劑,改善了丙烯聚合過程中的傳質(zhì)限制,增強(qiáng)了聚丙烯產(chǎn)物的結(jié)晶度, 提高了產(chǎn)物的熔點(diǎn)。李超等[13]使用直接混合法利用等規(guī)聚丙烯(iPP)與4A、ZSM-5 分子篩進(jìn)行混合注塑,實(shí)現(xiàn)了對(duì)iPP 剛性與韌性的同步增強(qiáng),彎曲模量提升35.2% 的同時(shí)沖擊強(qiáng)度提高了14.4%,促進(jìn)了iPP 的剛韌平衡。郭慧敏等[14]利用纖維素與ZSM-5 對(duì)聚丙烯材料進(jìn)行共混改性,探索了高溫?zé)峤庀吕w維素與聚丙烯共催化熱解的變化過程,提高了熱解效率,并降低了66.4%的物體殘留。余宏倡[15]利用纖維素為模板劑制備了ZSM-5 分子篩,并研究了其對(duì)聚丙烯降解過程的影響。林曉娜[16]利用HZSM-5 與聚丙烯木塑復(fù)合材料的共混,研究了熱解過程中不同元素改性分子篩對(duì)木塑復(fù)合材料的熱解過程。Pehlivan 等[17]對(duì)沸石改性聚丙烯進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)沸石能改變聚丙烯結(jié)晶過程,起到成核劑的作用,提高基體的結(jié)晶度,并能延緩聚丙烯的降解。江娟[18]對(duì)分子篩負(fù)載氧化鋅改性聚丙烯材料進(jìn)行了研究,證明分子篩在聚丙烯中起到了異相成核的作用,誘導(dǎo)β晶的生成,并且負(fù)載的氧化鋅具有一定的抗菌效果。Demir 等[19]研究了分子篩改性聚丙烯復(fù)合材料的阻燃性和力學(xué)性能,分子篩起到了一定的阻燃性,同時(shí)增強(qiáng)了聚丙烯復(fù)合材料的拉伸性能。黎晨欣等[20]通過對(duì)竹纖維堿性處理改性聚丙烯, 形成竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改性后的復(fù)合材料力學(xué)性能顯著提高。

本文以SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料為研究內(nèi)容,將SAPO-34 分子篩與聚丙烯粒子進(jìn)行混料熔融造粒并注塑成型,通過沖擊強(qiáng)度、拉伸載荷、彈性模量、熱重、X 射線衍射儀(XRD)與掃描電子顯微鏡(SEM) 等測(cè)試手段對(duì)分子篩改性后聚丙烯復(fù)合材料的性能變化進(jìn)行表征,研究不同分子篩添加量對(duì)聚丙烯結(jié)晶性、機(jī)械力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性的影響。本文為創(chuàng)新利用SAPO-34 分子篩、提高聚丙烯綜合性能、拓寬聚丙烯材料改性方法提供一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)所用原料主要包括: 聚丙烯(牌號(hào)永嘉烯1120,臺(tái)塑工業(yè)(寧波)有限公司); SAPO-34 分子篩(nSiO2/nAl2O3=0.6,平均粒徑50μm,實(shí)驗(yàn)室水熱合成)。主要設(shè)備與儀器如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)主要儀器與設(shè)備Tab.1 The main instruments and equipment of the experiment

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 聚丙烯與SAPO-34 分子篩預(yù)處理

1.2.2 復(fù)合材料的制備

將實(shí)驗(yàn)室制備好的SAPO-34 分子篩與采購的商業(yè)聚丙烯粒子進(jìn)行均勻混合, 分子篩添加比例分別為1%、3%、5%、7%、9%、20%, 分別記為 PP-S-1、PP-S-3、PP-S-5、PP-S-7、PP-S-9、PP-S-20, 并將純聚丙烯空白樣品記為PP。將各類混合均勻后的樣品在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混,并擠出造粒。擠出機(jī)#1 至#5 加熱區(qū)溫度設(shè)定為190、185、185、190、190 ℃,主軸轉(zhuǎn)速 70 r/min。擠出后進(jìn)行拉料,經(jīng)水冷降溫固定后,由切粒機(jī)進(jìn)行切粒。隨后收集改性后的塑料粒子于80 ℃干燥6 h,以去除造粒時(shí)的冷卻水分。經(jīng)冷卻后于室溫下放置48 h,由注塑機(jī)進(jìn)行擠出注塑,注塑溫度為200 ℃。模具為標(biāo)準(zhǔn)拉伸與沖擊模具,經(jīng)室溫冷卻48 h 后用于性能測(cè)試。圖1 為SAPO-34 分子篩改性聚丙烯工藝流程圖。

圖1 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of polypropylene modified by SAPO-34 molecular sieve

1.2.3 結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試

將注塑所得樣板條使用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸性能測(cè)試,并使用XRD 測(cè)試聚丙烯結(jié)晶性。同時(shí)進(jìn)行懸臂梁沖擊強(qiáng)度測(cè)試,并對(duì)懸臂梁沖擊測(cè)試性能最佳樣品進(jìn)行斷面切片,經(jīng)噴金后于SEM 下觀察沖擊斷面情況。針對(duì)材料的熱穩(wěn)定性與熱分解情況, 使用造粒后經(jīng)干燥的塑料粒子進(jìn)行熱重分析。

(1) XRD。儀器所用光源為Cu-Kα輻射源, 入射射線λ= 0.154 18 nm,測(cè)試所用管電壓為40 kV,管電流為40 mA, 掃描步長為0.02?, 掃描速率為8?/min,掃描范圍為5?～45?。測(cè)試時(shí)取粉體樣品置于石英樣品臺(tái)中,確保凹槽填充完整,用光面載玻片壓實(shí)后在XRD 中進(jìn)行測(cè)試。對(duì)聚丙烯材料進(jìn)行測(cè)試時(shí),將注塑后長方形樣板條裁切后使用橡皮泥粘于樣品臺(tái)凹槽中,確保聚丙烯樣板條光滑面向上,且與樣品臺(tái)保持水平。

(2)相對(duì)結(jié)晶度計(jì)算。利用XRD 測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相對(duì)結(jié)晶度計(jì)算,選取聚丙烯材料α晶與β晶特征峰 2θ=14.4?,16?,16.9?,18.5?,21?進(jìn)行計(jì)算:

式中:Xi為改性聚丙烯材料相對(duì)結(jié)晶度;Xs為純聚丙烯材料結(jié)晶度,記為100%;∑Ii為測(cè)試樣品選定的特征峰強(qiáng)度之和;∑Is為標(biāo)準(zhǔn)樣品選定的特征峰強(qiáng)度之和。

(3)SEM。SEM 測(cè)試所用加速電壓為5～10 kV,電流為5～15μA。聚丙烯改性材料由于導(dǎo)電性較差,測(cè)試部分先經(jīng)切片后粘貼于導(dǎo)電膠上,再對(duì)表面進(jìn)行噴金處理30 s 后,將導(dǎo)電膠粘貼于樣品邊緣,確保導(dǎo)電性良好后在SEM 上進(jìn)行表征。

(4)TG。使用TG 對(duì)SAPO-34 分子篩樣品與聚丙烯改性材料進(jìn)行熱失重與高溫?zé)峤夥治觥y(cè)試時(shí)首先調(diào)節(jié)測(cè)試氣體流量穩(wěn)定,使用兩個(gè)質(zhì)量相近的氧化鋁坩堝進(jìn)行測(cè)量,分別作為參比坩堝與試樣坩堝。稱取約20 mg 樣品裝入試樣坩堝底部,精確記錄坩堝與樣品質(zhì)量, 選擇測(cè)試氣氛為氮?dú)? 由室溫開始以10 ℃/min 速度逐步升溫至800 ℃,記錄升溫過程中樣品的重量變化情況,得到熱重與差熱變化曲線。

(5) 萬能試驗(yàn)機(jī)。制備所得聚丙烯改性塑料粒子經(jīng)注塑后得到標(biāo)準(zhǔn)性能測(cè)試樣板條,拉伸標(biāo)準(zhǔn)件為1A 型啞鈴型試樣,總長150 mm,依照國標(biāo)GB/T 1040-2006 塑料拉伸性能的測(cè)定中的測(cè)試方法,使用夾具對(duì)試樣兩端進(jìn)行固定,隨后以15 mm/min 速度進(jìn)行拉伸,記錄拉伸過程中的各項(xiàng)力學(xué)數(shù)據(jù)。

(6) 沖擊測(cè)試。制備所得聚丙烯改性塑料粒子經(jīng)注塑后得到標(biāo)準(zhǔn)性能測(cè)試樣板條,沖擊標(biāo)準(zhǔn)件為80X10X4 mm 的A 類型缺口試樣(V 形缺口),測(cè)試方法依照GB/T 1843-2008 塑料懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定方法,使用夾具對(duì)試樣一端進(jìn)行固定,使樣品豎直放置,擺錘仰角150?,擺錘能量規(guī)格為2.75 J。隨后按下測(cè)試按鈕,擺錘沖擊落下打擊試樣,試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)計(jì)算沖擊強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料拉伸性能分析

對(duì)不同SAPO-34 分子篩添加量的改性聚丙烯材料進(jìn)行拉伸性能測(cè)試,其結(jié)果如圖2 所示?？紤]到在拉伸過程中部分樣品存在未能拉斷的情況,因此主要考察參數(shù)為最大拉伸載荷、楊氏彈性模量、最大載荷時(shí)拉伸位移、屈服拉伸應(yīng)力4 種關(guān)鍵性能參數(shù),用以表征材料力學(xué)性能。

圖2 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料拉伸性能 (a)最大拉伸載荷,(b)彈性模量,(c)最大載荷時(shí)拉伸位移,(d)屈服拉伸應(yīng)力Fig.2 Tensile properties of polypropylene modified by SAPO-34 molecular sieve (a) maximum tensile load, (b) elastic modulus,(c)tensile displacement at maximum load,(d)yield tensile stress

由圖2 可見,SAPO-34 分子篩的添加有效提高了聚丙烯材料的最大拉伸載荷,這是由于分子篩本身作為一種剛性粒子,其添加必然會(huì)增強(qiáng)材料拉伸強(qiáng)度,反映在拉伸測(cè)試結(jié)果中即為最大拉伸載荷的增加。當(dāng)SAPO-34 分子篩添加量達(dá)到5%時(shí), 最大拉伸載荷相比于純聚丙烯材料提高了14.5%, 達(dá)到1 171 N。隨著添加量的不斷增加,拉伸載荷在達(dá)到最大值后開始下降,應(yīng)當(dāng)是由于分子篩過多的添加導(dǎo)致材料中顆粒分布過密,進(jìn)而影響了聚丙烯材料的交聯(lián)結(jié)構(gòu),從而降低了拉伸強(qiáng)度。

彈性模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量,其表現(xiàn)出與最大拉伸載荷同步的變化趨勢(shì),表明了SAPO-34 分子篩的少量添加能夠部分增強(qiáng)材料剛性。當(dāng)分子篩的添加量為3%時(shí),彈性模量增加了12%, 達(dá)到504 MPa。但隨著添加量的繼續(xù)增大,彈性模量也發(fā)生了下降,表明材料變形明顯。

結(jié)合最大載荷時(shí)拉伸位移數(shù)據(jù), 盡管最大拉伸載荷表現(xiàn)出先升高再降低的趨勢(shì),但達(dá)到最大拉伸載荷的位移距離卻持續(xù)縮短,進(jìn)一步說明材料在發(fā)生形變前, 保持材料原始形貌、抵抗外界應(yīng)力的能力增強(qiáng),這與高硬度的金屬材料具有一定的相似性。屈服應(yīng)力與彈性模量均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì),且兩者均在3%添加量時(shí)達(dá)到最大值,相比純聚丙烯材料提高了17.1%,達(dá)到30.1 MPa。

拉伸性能測(cè)試表明,SAPO-34 分子篩的少量添加對(duì)于聚丙烯材料具有相當(dāng)明顯的力學(xué)性能改善。但過多的添加SAPO-34 分子篩并不能無限制增強(qiáng)力學(xué)性能,甚至造成了部分性能的下降,也造成了分子篩材料的浪費(fèi)。綜合各項(xiàng)性能分析,SAPO-34 分子篩添加量為5%時(shí), 改性聚丙烯材料可獲得相對(duì)最優(yōu)性能。

2.2 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料結(jié)晶性分析

由于聚丙烯是一種半結(jié)晶高分子聚合物材料,其結(jié)晶性變化會(huì)影響材料的力學(xué)性能。因此為進(jìn)一步解釋SAPO-34 分子篩增強(qiáng)聚丙烯材料力學(xué)性能的原因,對(duì)不同SAPO-34 分子篩添加量的改性聚丙烯材料進(jìn)行了XRD 測(cè)試,以評(píng)估不同分子篩含量對(duì)聚丙烯結(jié)晶的影響,并計(jì)算相對(duì)結(jié)晶度。測(cè)試結(jié)果如圖3、表2 所示。

表2 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料相對(duì)結(jié)晶度Tab.2 Relative crystallinity of polypropylene modified by SAPO-34 molecular sieve

圖3 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料XRD 圖Fig.3 XRD patterns of polypropylene modified by SAPO-34 molecular sieve

從圖3 可見,隨著分子篩量的增加,在2θ=9.5?處開始出現(xiàn)SAPO-34 分子篩的特征峰, 表明聚丙烯材料中SAPO-34 分子篩作為填充材料仍保持原有結(jié)構(gòu)。純聚丙烯材料的α晶特征衍射峰位于2θ= 14.4?, 16.9?, 18.5?處。在不添加 SAPO-34 分子篩時(shí), 聚丙烯中只有α晶特征峰的存在。隨著SAPO-34 分子篩的加入,當(dāng)添加量達(dá)到5%,即樣品PP-S-5 時(shí),在 2θ= 16?,21?處出現(xiàn)了β晶的特征衍射峰。

由測(cè)試結(jié)果可以判斷,SAPO-34 在添加量較少的情況下, 作為成核劑起到誘導(dǎo)α晶的作用, 而當(dāng)含量增加時(shí),SAPO-34 作為成核劑可誘導(dǎo)聚丙烯產(chǎn)生β晶型,提高聚丙烯材料的力學(xué)性能,相對(duì)結(jié)晶度也因β晶的產(chǎn)生而增加。除此之外, 分子篩添加量的增多也使得XRD 測(cè)試中SAPO-34 分子篩的特征衍射峰強(qiáng)度不斷增加。繼續(xù)增加分子篩添加量反而會(huì)使得β晶特征峰下降, 且當(dāng)添加量達(dá)到20%, 即PP-S-20 樣品時(shí),分子篩特征峰甚至高過了聚丙烯特征峰,表明材料中分子篩的團(tuán)聚現(xiàn)象較為嚴(yán)重,降低了分子篩與聚丙烯的結(jié)合度,不利于聚丙烯的成晶誘導(dǎo), 因此α、β晶特征衍射峰均有一定程度的下降,總體相對(duì)結(jié)晶度也發(fā)生了較大程度降低,從而造成了拉伸性能的降低。

2.3 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料沖擊性能與斷面SEM 分析

對(duì)SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料進(jìn)行沖擊性能測(cè)試,其結(jié)果如圖4 所示。從圖中可以看出,沖擊強(qiáng)度隨分子篩添加量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),但總體仍高于純聚丙烯材料。當(dāng)添加量達(dá)到5%時(shí),沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值6.4 kJ/m2,相比純聚丙烯材料提高了47.2%,韌性有所增加。當(dāng)添加量達(dá)到最大值20% 時(shí), 沖擊強(qiáng)度為5.3 kJ/m2, 仍有21.2% 的性能增強(qiáng)。SAPO-34 的添加有效提高了聚丙烯的沖擊強(qiáng)度。與拉伸性能相結(jié)合,表明SAPO-34 分子篩在一定程度上具有同步增強(qiáng)增韌的效果。

圖4 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料沖擊性能分析Fig.4 Impact properties of polypropylene modified by SAPO-34 molecular sieve

選取沖擊性能最佳的5% 分子篩添加量樣品PP-S-5 作為目標(biāo)樣品,對(duì)其測(cè)試后的沖擊斷面進(jìn)行切片,經(jīng)噴金后于SEM 下觀察斷面情況,以分析分子篩晶體在聚丙烯沖擊過程中的微觀狀態(tài)。其結(jié)果如圖5 所示。

由圖5 可見,經(jīng)過混煉與注塑成型的高溫環(huán)境與剪切摩擦處理后,SAPO-34 分子篩晶體表面與聚丙烯基底發(fā)生了融合。在受到?jīng)_擊等較大外力作用時(shí), 材料的斷裂使得晶體與聚丙烯脫離, 可以觀察到脫離處非常明顯的樹根狀鏈接,證明在斷裂前,SAPO-34 分子篩在聚丙烯中起到了類似于鉚釘固定作用,使得晶體與聚合物緊密相連,減弱了聚丙烯的斷裂延伸, 增強(qiáng)了材料的拉伸強(qiáng)度與沖擊性能。在沒有使用任何接枝劑與相容劑的前提下, SAPO-34分子篩依靠自身對(duì)丙烯的親和性及多孔結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了與聚丙烯的相互融合,進(jìn)一步解釋了SAPO-34 改性后聚丙烯材料的力學(xué)性能的提升。

圖5 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料沖擊斷面SEM 圖(a)沖擊斷面圖,(b)局部放大圖Fig.5 SEM images of impact section of polypropylene modified by SAPO-34 molecular sieve (a) impact section diagram,(b)local enlarged view

2.4 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料高溫分析

SAPO-34 分子篩具有疏松多孔的材料結(jié)構(gòu),且其原本用于甲醇制烯烴(MTO) 催化, 具有乙烯丙烯的反應(yīng)生成位點(diǎn), 且熱穩(wěn)定性較高。因此考慮經(jīng)SAPO-34 分子篩改性后的聚丙烯材料具有一定的耐熱性能提升,或?qū)Σ牧系母邷胤纸饩哂幸欢ǖ拇龠M(jìn)作用。對(duì)改性后的樣品進(jìn)行熱重分析,與純聚丙烯材料的熱重曲線進(jìn)行對(duì)比,以考察改性聚丙烯材料在升溫過程中的重量變化。測(cè)試結(jié)果如圖6 所示。

由圖6 可見, 純聚丙烯材料的熱解溫度在350 ℃左右, 到430 ℃時(shí)已經(jīng)完全熱解完成, 依照10 ℃/min 的升溫速度,熱解大約經(jīng)過了80 min。底部產(chǎn)生的重量波動(dòng)源于空杯在保護(hù)氣氛中受氣流吹掃而產(chǎn)生的不穩(wěn)定讀數(shù)。當(dāng)SAPO-34 分子篩加入到聚丙烯中時(shí), 材料的熱解起始溫度升高了約50 ℃,且隨著添加量的增加而升高。SAPO-34 分子篩改性聚丙烯自 410～440 ℃ 開始熱解, 至 450～480 ℃熱解完成, 持續(xù)了約40 min。根據(jù)分子篩添加量的增加, 由于分子篩高溫下仍保持穩(wěn)定性, 因此殘余的重量也逐漸增加。對(duì)于PP-S-20 樣品而言, 由于SAPO-34 分子篩添加量過大,其在150 ℃左右存在失重過程,應(yīng)當(dāng)是由于過量的分子篩部分暴露在空氣中,原本干燥后的分子篩重新吸水,在升溫過程中又脫除造成的。

圖6 SAPO-34 分子篩改性聚丙烯材料TG 熱重曲線Fig.6 TG thermogravimetric curve of polypropylene modified by SAPO-34 molecular sieve

從熱重測(cè)試結(jié)果可以看出,SAPO-34 分子篩使得聚丙烯的熱解起始溫度提高了約50 ℃,同時(shí)加快了熱解過程,縮短了聚丙烯完全熱解所需時(shí)間,一方面提高了材料的熱耐受性,使得材料能在更高的溫度下保持穩(wěn)定,另一方面當(dāng)熱解開始后加快了聚丙烯的熱解速度,使得材料在達(dá)到壽命報(bào)廢后的高溫?zé)o害化處理時(shí)分解更快。這應(yīng)當(dāng)歸因于SAPO-34 分子篩的熱穩(wěn)定性與烯烴選擇性。當(dāng)溫度升高時(shí), 分子篩的存在使得原本受熱解聚的聚丙烯分子鏈進(jìn)入分子篩中,聚合物斷鏈的過程需耗費(fèi)更多能量,因此熱解起始溫度提高。當(dāng)熱解開始時(shí), 原本與分子篩交聯(lián)的聚丙烯支鏈,在分子篩的催化下快速分解,分子篩內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)及較大的比表面積為聚丙烯分解提供了反應(yīng)位點(diǎn),因此加快了分解速度。

3 結(jié) 論

本文以SAPO-34 分子篩為改性添加劑,通過設(shè)計(jì)不同的添加量進(jìn)行混煉造粒,實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚丙烯材料的性能增強(qiáng),同時(shí)提高了聚丙烯材料的分解溫度與速度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 分子篩添加量對(duì)聚丙烯材料的力學(xué)性能具有顯著的提升作用, 綜合評(píng)估拉伸與沖擊強(qiáng)度, 在5% 添加量時(shí)獲得性能最優(yōu)材料, 其中SAPO-34 分子篩最大拉伸強(qiáng)度可達(dá)1 171 N, 相比純聚丙烯材料提高了14.5%; 最大沖擊強(qiáng)度可達(dá)6.4 kJ/m2, 提高了47.2%。隨著添加量的增加, 力學(xué)性能逐漸下降。XRD 測(cè)試表明,SAPO-34 分子篩能夠不同程度地誘導(dǎo)聚丙烯α晶、β晶的結(jié)晶, 提高聚丙烯復(fù)合材料的綜合性能。表明少量添加多孔結(jié)構(gòu)的SAPO-34 分子篩能夠有效提升聚丙烯材料的機(jī)械力學(xué)性能,對(duì)于拓展聚丙烯改性方法具有一定的參考意義。

通過熱重分析可知,聚丙烯在添加SAPO-34 分子篩后,耐高溫性能有所提升。添加SAPO-34 分子篩使得聚丙烯熱解溫度提高了約50 ℃,確保聚丙烯能夠在更大的溫度范圍內(nèi)保持材料穩(wěn)定。在熱解開始后,相比純聚丙烯分解速度加快,分解時(shí)間減少了40 min,有助于廢棄聚丙烯材料的無害化處理。